DE2923463A1 - Blade for wind driven turbine - has outer skin in tension to be load carrying without stiffening framework on inside of blade - Google Patents
Blade for wind driven turbine - has outer skin in tension to be load carrying without stiffening framework on inside of bladeInfo
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Abstract
Description
Flügel wing
Die Erfindung betrifft einen Flügel, insbesondere zur Verwendung an Rotoren zur Windkraftumsetzung, bestehend aus einer Flügelhaut und einer inneren Stütz- bzw. Tragkonstruktion für die Flügelhaut. Flügel der genannten Art sind allgemein bekannt. Da bei größeren Abmessungen und Belastungen von Flügeln deren Flügelhaut die auftretenden Kräfte nicht allein aufnehmen kann, ohne zu knicken bzw. zu Bruch zu gehen, ist es notwendig, die Flügelhaut aus dem Innenraum des Flügelprofiles heraus durch eine Stütz- und Tragkonstruktion zu versteifen und zu tragen. Solche Stütz- und Tragkonstruktion bestehen aus mehreren Längsholmen und aus einer Vielzahl von rechtwinklig dazu stehenden Flügelspanten, die in ihrem Zuschnitt jeweils dem Flügelprofilquerschnitt entsprechen müssen, indem sie angeordnet sind. Um Gewicht zu sparen, sind sowohl die Längsholme als auch die Querspanten, soweit dies die Festigkeitsanforderungen zulassen, mit Durchbrechungen bzw. Materialaussparungen versehen.The invention relates to a wing, in particular for use on Rotors for converting wind power, consisting of a wing skin and an inner one Support or support structure for the wing skin. Wings of the type mentioned are general known. As with larger dimensions and loads on wings, their wing skin cannot absorb the forces that occur alone without kinking or breaking to go, it is necessary to remove the wing skin from the interior of the wing profile to stiffen and carry out through a support and load-bearing structure. Such The support and load-bearing structure consist of several longitudinal spars and a large number of at right angles to it standing wing ribs, which in their cut each to the Must correspond to the wing profile cross-section by arranging them. About weight to save, are both the longitudinal spars and the transverse ribs, as far as this is the Allow strength requirements, with perforations or material recesses Mistake.
Eine solche Konstruktion ist mit einem beträchtlichen Herstellungsaufwand verbunden. Außerdem ist der ganze Flügel innenraum streng genommen nicht im Sinne eines frei verfUgbaren Raumes hohl, sondern der ganze Innenraum ist durch die Holme und Querspanten gewissermaßen in Einzelzellen aufgegliedert.Such a construction involves considerable manufacturing costs tied together. In addition, strictly speaking, the entire interior of the wing is not in the sense of a freely available space, but the entire interior is through the spars and transverse frames, so to speak, subdivided into individual cells.
An dieser prinzipiellen Bauweise von Flügeln, soweit es sich nicht gerade um Flügel von Spielflugzeugen mit kleinen Abmessungen handelt, hat sich bis heute nichts geändert, d.h. die Flügelhaut ist immer nur unter dem Gesichtspunkt in die Gesamtkonstruktion einbezogen worden, die Stütz- und Tragkonstruktion mit den gewünschten undaeroynamisch erforderlichen Profilflächen zu umhüllen.In this basic construction of wings, as far as it is not especially wings of toy airplanes with small dimensions has grown up to nothing changed today, i.e. the wing skin is always only from the point of view has been included in the overall construction, including the supporting and supporting structure to enclose the desired and aerodynamically required profile surfaces.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flügel zu schaffen, bei dem die innere Stütz- und Tragkonstruktion auf ein Minimum reduziert und damit der Flügelinnenraum im Sinne einer Großzellenbildung möglichst wenig gegliedert ist und bei dem insbesondere die Flügelhaut derart ausgebildet sein soll, daß sie selbst wesentliche Festigkeits-und Tragfunktionen selbst zu übernehmen in der Lage ist. Diese Aufgabe ist mit einem Flügel der eingangs genannten Art nach der Erfindung gemäß Kennzeichen des Hauptanspruches gelöst.The invention is based on the object to provide a wing, in which the inner support and load-bearing structure is reduced to a minimum and thus the wing interior is structured as little as possible in the sense of a large cell formation is and in which in particular the wing skin should be designed in such a way that it Even able to take on essential strength and load-bearing functions is. This task is with a wing of the aforementioned Type solved according to the invention according to the characterizing part of the main claim.
Diese erfindungsgemäße Flügelausbildung führt, wie ohne weiteres erkennbar, zu einem im wesentlichen nur aus der Flügelhaut bestehenden Flügel mit praktisch freiem Innenraum, da die Flügelhaut aus einem Hautzuschnitt aus spannungsaufnehmendem Material gebildet und dieser Zuschnitt im Sinne einer Profilkontur gebogen ist.This wing training according to the invention leads, as can be easily seen, to a wing consisting essentially only of the wing skin with practical free interior space, as the wing skin is made from a skin cut from tension-absorbing Formed material and this blank is bent in the sense of a profile contour.
Inwieweit man dabei die Flügelhaut aus mehreren Hautzuschnitten zusammensetzt, hängt letztlich nur von der Flügelgröße und von der Herstellbarkeit entsprechend großer Hautzuschnitte ab. "Spannungsaufnehmendes Material" bedeutet dabei, daß es sich um ein federnd elastisches, d.h. sich selbstätig in seine spannungsfreie Lage zurückstellendes blattartiges Material handeln soll. Hierfür können bspw.To what extent the wing skin is composed of several skin sections, ultimately only depends on the wing size and the manufacturability accordingly large skin cuts. "Stress-absorbing material" means that it is resiliently elastic, i.e. automatically returns to its tension-free position to act postponing sheet-like material. For this, e.g.
dünne Kunststoffhäute oder federnde Eigenschaften aufweisende metallische Häute infrage kommen.thin plastic skins or metallic ones with resilient properties Skins are eligible.
Da die zu einem "Eineck" im Sinne eines Flügelprofiles gebogene Flügelhaut allein noch nicht bei Anströmbelastungen formstabil wäre, sind unter der Flügelhaut Spannelemente angeordnet, die schraubenlinienförmig verlaufen, wobei die Länge eines Spannelementes einer Ganglänge entspricht und wobei schraubenlinienförmig entgegen gesetzt verlaufende Spannelemente vorgesehen werden können, wodurch unter der Haut gewissermaßen ein Traggitter entsteht, was noch näher beschrieben wird.Since the wing skin is bent into a "corner" in the sense of a wing profile alone would not be dimensionally stable in the case of incoming flow loads, are under the wing skin Arranged clamping elements that run helically, whereby the length of a tensioning element corresponds to the length of a flight and being helical oppositely extending clamping elements can be provided, whereby under the skin, as it were, creates a supporting grid, which will be described in more detail below.
Die gestellte Aufgabe ist aber auch noch auf andere Arten lesbar und zwar im Sinne der Kennzeichen der unabhängigen Ansprüche 8 und 13.However, the task at hand can also be read in other ways although within the meaning of the characteristics of the independent claims 8 and 13.
Vorteilhafte Weiterbildungsformen zu den erfindungsgemäßen Lösungen ergeben sich nach den jeweiligen Unteransprüchen.Advantageous forms of further training for the solutions according to the invention result from the respective subclaims.
Gemeinsam und wesentlich ist allen drei Lösungen, daß die Flügelhaut, in Strömungsrichtung gesehen, in einem Stück die Profilkontur durchläuft, daß die wesentlich aussteifenden Elemente bzw. aussteifende Ausbildung ebenfalls in der mehr oder weniger gekrümmten Fläche der Flügelhaut selbst angeordnet sind und daß der Flügelinnenraum im wesentlichen frei von Trag- bzw. Aussteifungselementen, insbesondere Querspanten ist.What all three solutions have in common and essential is that the wing skin, Seen in the direction of flow, the profile contour passes through in one piece that the essential stiffening elements or stiffening training also in the more or less curved surface of the wing skin itself are arranged and that the interior of the wing is essentially free of support or stiffening elements, in particular Transverse framing is.
Durch den Freiraum im Flügel ist die Möglichkeit geschaffen, eine oder mehrere Zellen anzuordnen, die mit einem auftriebsfördernden Gas gefüllt werden können, was für besondere Anwendungsfälle eines solchen Flügels von Interesse ist, die noch beschrieben werden.The free space in the wing creates the possibility of a or to arrange several cells with a buoyancy enhancer gas can be filled, what special applications of such a wing of Interest is to be described.
Der erfindungsgemäße Flügel ist insbesondere für Rotoren zur Windkraftumsetzung bestimmt, was jedoch die Verwendung im Flugzeugbau nicht ausschließen soll, bei welcher Verwendung nur dafür zu sorgen ist, daß ein Auftriebsprofil entsteht, was ohne weiteres möglich ist.The wing according to the invention is particularly suitable for rotors for converting wind power determines what, however, should not exclude the use in aircraft construction what use is only to ensure that a lift profile is created, what is easily possible.
Der erfindungsgemäße Flügel wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.The wing according to the invention is described below with reference to the graphic Representation of exemplary embodiments described in more detail.
Es zeigen: Fig. 1 in perspektivischer Ansicht den Aufbau des erfindungsgemäßen Flügels im Sinne der ersten Lö sungsmöglichkeit; Fig. 2 in Draufsicht den Flügel in besonderer AusfUhrungsform; Fig. 3 das Profil des Flügels nach Fig. 2; Fig. 4 in Draufsicht eine weitere Ausführungsform des Flügels; Fig. 5 das Profil des Flügels nach Fig. 4; Fig. 6 einen Schnitt durch die Flügelhaut, ausgebildet im Sinr.e der zweiten Lösungsmöglichkeit; Fig. 7 perspektivisch und schematisch einen Flügel mit einer Flügelhautausbildung im Sinne der Fig. 6; Fig. 8 perspektivisch einen Flügel im Sinne der dritten Lösungsmöglichkeit und Fig. 9 ein Flügelelement des Flügels gemäß Fig. 8.There are shown: FIG. 1 a perspective view of the structure of the invention Wing in the sense of the first solution option; Fig. 2 in plan view the wing in special execution; Fig. 3 shows the profile of the wing according to Fig. 2; Fig. 4 in plan view another embodiment of the wing; Fig. 5 the profile of the wing of Figure 4; 6 shows a section through the wing skin in the Sinr.e of the second possible solution; 7 in perspective and schematically a wing with a wing skin formation in the sense of FIG. 6; 8 in perspective a wing in the sense of the third possible solution and FIG. 9 a wing element of the wing according to FIG. 8.
Gemäß Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 besteht der Flügel aus zwei Flügelhäuten 1, 2, die aus Einzelzuschnitten 1', 2' gebildet sein können, wobei zwischen den Flügelhäuten 1, 2 schraubenlinienförmig verlaufend, streifenförmige Spannelemente 3 angeordnet sind.According to the embodiment of FIG. 1, the wing consists of two Wing skins 1, 2, which can be formed from individual blanks 1 ', 2', wherein between the wing skins 1, 2 running helically, strip-shaped Clamping elements 3 are arranged.
Je nach erwartbarer Belastung kann gegebenenfalls auch auf die innere Flügelhaut 1 verzichtet werden. Schraubenlinienförmig verlaufend bedeutet dabei, daß jedes Spannelement 3 mit einem Ende an einer abströmseitigen Halteleiste 4 befestigt ist und nach Durchlauf einer Ganghöhe bzw. eines Teiles einer Ganghöhe entweder wieder an der Halteleiste 4 befestigt oder, wie erkennbar, mit einem dazu quer verlaufenden anderen Spannelement verbunden ist.Depending on the expected load, it may also affect the internal Wing skin 1 can be dispensed with. Running helically means that each clamping element 3 is fastened at one end to a retaining strip 4 on the downstream side is and either after passing through a pitch or part of a pitch again attached to the retaining strip 4 or, as can be seen, with a transverse thereto other clamping element is connected.
Eine solche Konstruktion hat sich als so stabil und widerstandsfähig erwiesen, daß man als Stütz- und Tragkonstruktion mit nur einem Längsholm 5 auskommt.Such a construction has proven to be so stable and resilient proved that you can manage with only one longitudinal spar 5 as a support and load-bearing structure.
Um ein Auftriebsprofil im Sinne der Fig. 2, 3 zu erhalten, ist lediglich noch ein Vorderholm 5' erforderlich, wobei die Flügelhaut 10 an einigen Stellen so mit den Holmen 5, 5' zu verbinden ist, daß sich das Auftriebsprofil gemäß Fig. 3 ergibt.In order to obtain a lift profile in the sense of FIGS. 2, 3, only still a front spar 5 'required, with the wing skin 10 in some places is to be connected to the spars 5, 5 'in such a way that the lift profile according to FIG. 3 results.
Wesentlich bei dieser Konstruktion nach Fig. 1 bis 4 ist, daß aufgrund der sich ergebenden großen Steifigkeit der unter Spannung stehenden Flügelhaut 10 auf Querspanten (in Anströmrichtung verlaufend) völlig verzichtet werden kann und im Flügel große Freiräume entstehen, die gegf. mit einer Gasfüllung versehen werden können und zwar entweder bei dichter Haut direkt oder in eingebrachten gasdichten, elastischen Zellen (nicht dargestellt). Ein solcher Flügel ist außerordentlich leicht und mit wesentlich geringerem Aufwand herstellbar. Mit einer Gasfüllung kann dem Flügel noch ein gewisser Eigenauftrieb und damit eine Entlastung vom Eigengewicht vermittelt werden und auch ein zusätzlicher Aussteifungseffekt. Die Anordnung einer Steuerfläche 11 (Fig. 4) am Flügelende ist ohne weiteres möglich. Durch die Leichtkonstruktion ist ein solcher Flügel insbesondere für die Verwendung an Windkraftumsetzern besonders geeignet.What is essential in this construction according to FIGS. 1 to 4 is that due to the resulting great rigidity of the wing skin 10 under tension transverse ribs (running in the direction of flow) can be completely dispensed with and Large free spaces are created in the wing. be provided with a gas filling can either directly with dense skin or in gas-tight, elastic cells (not shown). Such a wing is extremely light and can be produced with significantly less effort. With a gas filling can Wing still has a certain amount of self-lift and thus a relief from its own weight and also an additional stiffening effect. The arrangement of a Control surface 11 (Fig. 4) at the wing end is easily possible. Due to the lightweight construction is such a wing in particular for use on wind power converters particularly suitable.
Bei der Konstruktion nach Fig. 6, 7 ist die Steifigkeit der Flügelhaut 10 auf andere Weise erreicht.In the construction of Fig. 6, 7 is the rigidity of the wing skin Reached 10 in other ways.
Die Flügelhaut 10 besteht hier aus zwei Hautzuschnitten 12, 13, wobei als Stütz- und Tragkonstruktion zwischen den Hautzuschnitten in ihrer Lage fixierte kleine Hohlkörperzellen 14 angeordnet sind, die entweder gegeneinander verklebt sind oder wobei die Resthohlräume mit einer Ausschäumung 15 gefüllt werden, welche Ausschäumung dann auch die Verbindung der Hohlkörperzellen 14 übernimmt.The wing skin 10 here consists of two skin cuts 12, 13, with fixed in position as a support and load-bearing structure between the skin cuts small hollow body cells 14 are arranged, which are either glued to one another are or wherein the remaining cavities are filled with a foam 15, which Foaming then also takes over the connection of the hollow body cells 14.
Die Anbringung leichtgewichtiger Verspannungen 16 in Längs-und/oder Querrichtung ist erforderlichenfalls durchaus möglich. Auch hierbei bleiben genügend Freiräume zur Unterbringung von mit Gas zu füllenden Hüllen. Auch Auftriebsprofile im Sinne der Fig. 3 - gegf. über einem entsprechenden Flügelformkörper vorgeformt - können in dieser Bauart ausgebildet werden.The application of lightweight braces 16 in the longitudinal and / or Transverse direction is entirely possible if necessary. Here, too, there are enough Free spaces to accommodate envelopes to be filled with gas. Also lift profiles in the sense of FIG. preformed over a corresponding wing molding - can be trained in this design.
Einen ebenfalls sehr leichtgewichtigen Flügel kann man im Sinne der Fig. 8, 9 dadurch erhalten, daß der Längsrand 17 des die untere Fläche 18 bildenden Hautzuschnittes 19 gekrümmt zugeschnitten und durch gewölbte Verbindung mit dem oberen Teil 20 des Hautzuschnittes 19 verbunden wird. Dadurch entsteht ein insich steifes Element, das je nach gewünschter Flügellänge und nach Größe des Elementes zu einem oder mehreren, den Flügel bildet.Another very lightweight wing can be made in the sense of the Fig. 8, 9 obtained in that the longitudinal edge 17 of the lower surface 18 forming Skin cut 19 curved tailored and arched connection is connected to the upper part 20 of the skin cutout 19. This creates a in itself a rigid element, depending on the desired wing length and the size of the element to one or more that forms the wing.
Bei Nebeneinanderreihung mehrerer solcher Elemente 21, die auch in Bezug auf die Anströmrichtung schräg angestellt sein können, wird mindestens ein sie tragender Längsholm 5" vorgesehen und das freie Ende mit einem Flügelendglied 22 (gegf. mit Steuerelement 11 versehen) verschlossen, wobei eine Verspannung 23 zum anderen Flügelende bzw. zum Flügelansatz vorgesehen werden kann. Selbst wenn kein Längsholm 5" vorgesehen ist, ist die Stütz- und Tragkonstruktion in diesem Fall praktisch durch die gekrümmte Verbindung der abströmseitigen Längsränder repräsentiert.If several such elements 21, which are also shown in Can be inclined with respect to the direction of flow, at least one it is provided carrying longitudinal spar 5 "and the free end with a wing tip 22 (if necessary provided with control element 11) closed, with a bracing 23 can be provided to the other wing end or to the wing approach. Even if no longitudinal spar 5 "is provided, the support and load-bearing structure is in this Case practically represented by the curved connection of the downstream longitudinal edges.
Was die rein konstruktive Verbindung der Hautzuschnitte untereinander mit den Längsholmen oder dergl. betrifft, aber auch der Spannelemente, überlappende Zuordnung der Hautzuschnitte u.dgl., so kommen dafür die bekannten Techniken aus dem Flugzeug - bzw. Flugkörperbau zur Anwendung, so daß eine nähere Erläuterung diesbezüglich entbehrlich ist.As for the purely constructive connection between the skin cuts with the longitudinal spars or the like. Concerns, but also the clamping elements, overlapping Allocation of the skin sections and the like, the known techniques are sufficient for this the aircraft or missile construction for use, so that a more detailed explanation is dispensable in this regard.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |